Các nhà thiết kế có nên chỉ định mọi MPN cho linh kiện thụ động SMD không?

Một thông lệ phổ biến mà tôi thường thấy ở các nhà thiết kế là bỏ qua mã linh kiện đối với các linh kiện thụ động SMD. Trong một số trường hợp, điều này là phù hợp vì hầu như bất kỳ linh kiện thụ động nào cũng thường tạo ra cùng một hành vi mạch. Trong những trường hợp khác, cần phải chỉ định các mã linh kiện rất cụ thể, hoặc ít nhất cũng nên có mã linh kiện, và điều này không phải lúc nào cũng chỉ nhằm phục vụ chức năng điện. Với tư cách là một nhà thiết kế, dù làm việc tự do hay cho một tập đoàn lớn, bạn có thể thấy mình chịu trách nhiệm chọn mã linh kiện cho một thiết kế mới cũng như đưa các linh kiện này vào tài liệu thiết kế.

Vì việc bỏ qua mã linh kiện cho các linh kiện thụ động SMD là rất phổ biến, nên điều quan trọng là phải đánh giá những hệ quả tiềm ẩn thực sự của cách làm này. Thoạt nhìn, sự tiện lợi có vẻ đủ để biện minh cho việc lược bỏ các mã linh kiện này, nhưng có nhiều tình huống thực tế mà nhà thiết kế cần đưa các mã linh kiện này vào dữ liệu thiết kế và BOM. Tôi sẽ thảo luận về những tình huống đó trong bài viết này.

Thiết kế cho công ty so với thiết kế cho khách hàng

Khi lựa chọn linh kiện, nhà thiết kế thường tiếp cận từ hai góc nhìn: thiết kế cho chính công ty của mình (ví dụ: nếu bạn làm việc tại một OEM), hoặc thiết kế cho khách hàng (ví dụ: với vai trò freelancer).

Thiết kế cho khách hàng: Nếu bạn là một nhà thiết kế làm việc tự do cho khách hàng, thì thường có thể giả định rằng các tệp đã phát hành có thể được sử dụng bởi người ít quen thuộc hơn với việc mua linh kiện điện tử. Hơn nữa, họ có thể chuyển tài liệu cho một nhà sản xuất hoặc đơn vị lắp ráp theo hợp đồng theo hình thức ký gửi, nghĩa là khách hàng của bạn sẽ cần tự mua linh kiện. Nếu họ không có kinh nghiệm mua linh kiện điện tử, bạn sẽ giúp họ dễ dàng hơn rất nhiều nếu chỉ định mã linh kiện  trong sơ đồ nguyên lý và các tệp thư viện.

Khách hàng có thể mong muốn tải BOM lên một nhà phân phối hoặc một nền tảng chuỗi cung ứng như Octopart để lấy báo giá, và các nền tảng này thường yêu cầu người dùng chỉ định mã linh kiện. Ví dụ, trên Công cụ BOM của Octopart, người dùng sẽ cần chọn mã linh kiện để nhận được báo giá chính xác từ danh sách các nhà cung cấp được phê duyệt.

Việc cung cấp mã linh kiện cho tất cả các linh kiện SMD giúp khách hàng nhanh chóng tìm nguồn và mua linh kiện

Thiết kế cho đơn vị tuyển dụng của bạn: Nếu đơn vị tuyển dụng của bạn là một OEM, thì cách tiếp cận lý tưởng sẽ là một câu hỏi mở. Ví dụ, trong các lĩnh vực ô tô, y tế hoặc hàng không vũ trụ, cần phải chỉ định các mã linh kiện cụ thể cho những sản phẩm sẽ được triển khai ngoài thực địa vì các linh kiện này thường phải trải qua một số thử nghiệm độ tin cậy. Điều này đặc biệt quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ, nơi các công ty duy trì danh sách các mã linh kiện được phê duyệt cho những cấp nhiệm vụ và kiểu thiết kế nhất định. Trong trường hợp này, bạn không thể chọn một mã linh kiện chung chung: sẽ không có đơn vị lắp ráp nào được cấp quyền truy cập vào danh sách mã linh kiện đã được phê duyệt của công ty vì đó là thông tin độc quyền, nên trách nhiệm chọn mã linh kiện SMD sẽ thuộc về nhà thiết kế.

Trong những trường hợp mà đơn vị tuyển dụng cho phép mô tả chung, BOM vẫn nên nêu rõ các thuộc tính bắt buộc và tốt nhất là bao gồm cả các linh kiện thay thế. Nhà thiết kế nên biến mức độ chấp nhận thay thế thành một phần có chủ đích của gói thiết kế. Một bản ghi linh kiện thụ động hữu ích nên bao gồm:

• Nhà sản xuất và mã linh kiện của nhà sản xuất khi linh kiện được kiểm soát
• Các mã linh kiện thay thế đã được phê duyệt khi cho phép thay thế
• Mô tả kỹ thuật đầy đủ đối với các linh kiện hàng hóa phổ thông
• Kích thước đóng gói, dung sai, điện áp hoặc công suất định mức và công nghệ
• Ghi chú về vòng đời hoặc nguồn cung khi khả năng sẵn có là một ràng buộc thiết kế đã biết
• Ghi chú về thẩm định nội bộ khi việc lựa chọn bị chi phối bởi thử nghiệm độ tin cậy

Các trường hợp có thể chấp nhận mã linh kiện SMD chung chung

Có nhiều sản phẩm mà linh kiện thụ động chung là chấp nhận được. Ví dụ, các thiết kế sau gần như luôn có thể chấp nhận thay thế bằng linh kiện chung:

• Bo mạch kiểm thử
• Mẫu chứng minh khái niệm
• Nguyên mẫu giai đoạn đầu
• Sản phẩm tiêu dùng giá rẻ
• Bo mạch số đơn giản
• Bo mạch giao tiếp, bảng điều khiển hoặc liên kết kết nối

Trong những trường hợp này, nhà thiết kế có thể chủ động chỉ định các yêu cầu về điện và cơ khí thay vì một mã linh kiện chính xác duy nhất.

Cách tiếp cận đó chỉ hiệu quả khi phần mô tả đủ đầy để người khác có thể mua đúng linh kiện. Một dòng BOM ghi “điện trở 10k” là chưa đầy đủ. Một mô tả được kiểm soát hữu ích hơn có thể nêu như sau:

Điện trở 10k 5% 0603

Với điện trở, bạn có thể cụ thể hơn nữa và nêu "thin film" hoặc "chip" để thu hẹp đến các mô tả cụ thể hơn. Với MLCC, phần mô tả cũng nên bao gồm kích thước đóng gói, điện dung và dung sai, nhưng các linh kiện này còn đòi hỏi phải chỉ định cấp điện môi và điện áp định mức để bảo đảm chọn được linh kiện phù hợp. Ít nhất trong trường hợp này, một đơn vị lắp ráp turnkey sẽ có thể nhanh chóng xác định các lựa chọn thay thế mà không cần gửi email để phê duyệt từng thay thế một.

Bảng dưới đây nêu ra một số danh mục linh kiện SMD phổ biến và phương pháp tài liệu chấp nhận được để chỉ định các linh kiện thay thế.

Cách an toàn nhất để cho phép thay thế là xây dựng một chính sách thay thế. Ví dụ, một hạng mục linh kiện thụ động chung có thể nêu rằng dung sai chặt hơn là chấp nhận được, điều khá phổ biến với điện trở SMD; đây cũng có thể là một chính sách áp dụng chung cho tất cả linh kiện SMD. Để trống mã linh kiện và giả định rằng EMS sẽ tự suy ra chủ đích sẽ trao cho đơn vị lắp ráp quá nhiều quyền quyết định thiết kế, và điều đó có thể dẫn đến rất nhiều email yêu cầu nhà thiết kế phê duyệt linh kiện thay thế.

Linh kiện chuyên dụng với mô tả mang tính chung chung

Một số linh kiện thụ động SMD có mô tả trông có vẻ chung chung, nhưng các linh kiện được nói đến lại không phải là linh kiện phổ thông và không có linh kiện thay thế mục đích chung. Danh sách của nhà phân phối có thể hiển thị kích thước đóng gói, giá trị, dung sai và điện áp hoặc công suất định mức quen thuộc, trong khi dòng linh kiện thực tế lại được thiết kế cho một yêu cầu cụ thể về điện, RF, đo lường hoặc độ tin cậy.

• Tụ phối hợp trở kháng RF: Được chi phối bởi tần số tự cộng hưởng, ESR, hệ số Q và đặc tính trở kháng tại tần số hoạt động.
• Điện trở tần số cao: Được sử dụng ở những nơi mà trở kháng ký sinh quyết định liệu linh kiện đó còn hoạt động như một điện trở ở tần số GHz hay không.
• Điện trở cảm biến dòng chính xác: Bị chi phối bởi TCR, hệ số công suất, cấu trúc đầu cực, độ trôi và đặc tính nhiệt.
• Linh kiện hồi tiếp hoặc lọc chính xác: Được sử dụng khi chỉ riêng dung sai là không đủ để phản ánh nhiễu, hệ số điện áp, đặc tính theo nhiệt độ hoặc độ ổn định dài hạn.
• Linh kiện đạt chuẩn cho môi trường khắc nghiệt: Được lựa chọn dựa trên rung động, sốc, chu kỳ nhiệt, áp suất, tiếp xúc chân không hoặc thử nghiệm độ tin cậy ngoài thực địa.

Trong những trường hợp này, mã linh kiện giúp bảo toàn chủ đích thiết kế đằng sau việc lựa chọn linh kiện. BOM nên xác định mã linh kiện chính xác của nhà sản xuất hoặc danh sách các linh kiện thay thế đã được phê duyệt, vì một sự thay thế chung chung có thể làm thay đổi hành vi RF, độ chính xác đo lường hoặc độ tin cậy ngoài thực địa ngay cả khi mô tả danh nghĩa trông có vẻ tương đương.

Video bên dưới đưa ra một số linh kiện và trường hợp cụ thể mà các linh kiện SMD chuyên dụng có thể có mô tả trông khá chung chung, và do đó sẽ cần phải có mã linh kiện SMD cụ thể trong sơ đồ nguyên lý và BOM.

Dù bạn cần xây dựng các hệ thống điện tử công suất đáng tin cậy hay các hệ thống số tiên tiến, hãy sử dụng bộ tính năng thiết kế PCB hoàn chỉnh và các công cụ CAD đẳng cấp thế giới của Altium. Altium cung cấp nền tảng phát triển sản phẩm điện tử hàng đầu thế giới, đi kèm với các công cụ thiết kế PCB tốt nhất trong ngành và các tính năng cộng tác liên ngành dành cho các nhóm thiết kế tiên tiến. Liên hệ với chuyên gia của Altium ngay hôm nay!

Câu hỏi thường gặp

Khi nào có thể chấp nhận sử dụng mô tả chung cho điện trở và tụ điện SMD?

Mô tả chung là chấp nhận được đối với các linh kiện thụ động rủi ro thấp trong bo mạch kiểm thử, mẫu chứng minh khái niệm, nguyên mẫu giai đoạn đầu, bo mạch số đơn giản, sản phẩm tiêu dùng giá rẻ, và bo mạch giao tiếp hoặc liên kết kết nối. Tuy nhiên, phần mô tả vẫn cần đủ đầy để phục vụ mua sắm, lắp ráp và kiểm soát thay thế.

Những thông tin nào nên được đưa vào một dòng BOM linh kiện thụ động SMD dạng chung?

Một dòng BOM linh kiện thụ động SMD dạng chung nên bao gồm giá trị, kích thước đóng gói, dung sai và công suất định mức đối với điện trở. Với MLCC, cũng nên bao gồm cấp điện môi và điện áp định mức, vì đặc tính điện dung phụ thuộc rất nhiều vào điện môi và điều kiện phân cực.

Những rủi ro nào phát sinh khi nhà cung cấp EMS tự chọn linh kiện thụ động SMD thay thế?

Việc thay thế không được kiểm soát sẽ trao cho nhà cung cấp EMS quyền quyết định thiết kế có thể không phù hợp với chủ đích của mạch. Kết quả có thể là lệch chỉnh RF, suy giảm độ chính xác đo lường, rủi ro độ tin cậy, hoặc các email phê duyệt lặp đi lặp lại khi BOM không có chính sách thay thế rõ ràng.

Những linh kiện thụ động SMD nào luôn phải có mã linh kiện chính xác của nhà sản xuất?

Điện trở phối hợp trở kháng RF, tụ RF, cuộn cảm RF, điện trở cảm biến dòng chính xác, linh kiện hồi tiếp hoặc lọc chính xác, và các linh kiện đạt chuẩn cho môi trường khắc nghiệt nên sử dụng MPN chính xác hoặc các linh kiện thay thế đã được phê duyệt. Các linh kiện này có thể trông khá phổ thông trong danh sách của nhà phân phối, nhưng các thành phần ký sinh, độ ổn định, đặc tính nhiệt, hành vi RF hoặc lịch sử thẩm định của chúng có thể quyết định hiệu năng mạch.